Pożyteczną pracę przez ciepło Środowiska

Część 1. Niektóre terminy i definicje.

Siła elektromotoryczna (SEM) stanowi integralną część zewnętrznego pola siły zawierający źródło prądowe … sił zewnętrznych działających na galwaniczne komórki na granicy pomiędzy elektrolitem i elektrodami. Działają one też na granicy dwóch różnych metali i określić różnicę potencjałów pomiędzy nimi kontaktowe [5, s. 193, 191]. Ilość skoków potencjałów na wszystkich powierzchniach części obwodu jest równa różnicy potencjałów między przewodami, położone na końcach łańcucha, a nazywa się siła elektromotoryczna SEM obwód przewodu … łańcuch składający się wyłącznie z przewodów pierwszego rodzaju jest równa potencjalnej skoku pomiędzy pierwszym a ostatnim przewodem je w bezpośrednim kontakcie (prawo Volta) … Jeśli obwód jest prawidłowo otwarty, EMF Obwód ten jest równy zero. Aby rozwiązać ten przewód otwarty obwód, który zawiera co najmniej jeden elektrolit, zastosowanie prawa V … Oczywiście, tylko obwód przewodu zawierającego co najmniej jeden przewód drugiego rodzaju są komórki elektrochemiczne (lub łańcuchy elementów elektrochemicznych) [1, s. 490 – 491].

Polielektrolity są polimery zdolne do dysocjacji do jonów w roztworze, a więc w tej samej makrocząsteczce duża liczba powtarzających opłat … usieciowane polielektrolity (wymieniacze jonowe, żywica jonowymienna) nie rozpuszczają się tylko pęcznienia, przy zachowaniu zdolności do dysocjacji [6, s. 320 – 321]. Polielektrolity dysocjacji do ujemnie naładowanego macroion i jonów H + są nazywane polikwasów i dysocjuje na dodatnio naładowane jony OH- i macroion zwanych poliosnovaniyami.

Donnan potencjał równowagi jest różnica potencjału, który występuje na granicy faz pomiędzy dwoma elektrolitami jeżeli ta granica nie jest przepuszczalna dla jonów. Granice nieprzepuszczalność dla niektórych jonów może być spowodowane, na przykład, obecność membrany o bardzo wąskich porów, które są nie do przebycia dla cząstek powyżej określonej wielkości. Selektywna przepuszczalność interfejsem występuje i jeśli jony tak silnie połączony z jednej z faz, które pozostawiają na ogół nie. Dokładnie zachowywać jonowych żywic jonowymiennych, lub grupę jonowymienną stałe jednobiegunowych wiązanie w siatki lub matrycy cząsteczkowej. Rozwiązaniem jest wewnątrz takich matryc tworzy wraz z nią jeden fazowego; Rozwiązanie, znajduje się na zewnątrz, – druga [7. 77].

Elektryczna warstwa podwójna (EDS) zachodzi na powierzchni rozdziału dwóch faz zestaw przeciwnie naładowanych warstw umieszczonych w pewnej odległości od siebie, [7. 96].

Peltiera tej izolacji lub absorpcji ciepła w styku dwóch różnych przewodników w zależności od kierunku prądu płynącego przez styk [2, str. 552].

Część 2: Za pomocą nośnika ciepła w procesie elektrolizy wody.

Rozważenie mechanizmu występowania obiegu ogniwa elektrochemicznego (element zwany), pokazany schematycznie na fig. 1, EMF przez kontakt wewnętrzny różnicy potencjałów (PKK) i efekt Donnan (krótki opis istoty efektu Donnana, wewnętrzne PKK i związane Peltiera ciepła znajduje się w trzeciej części artykułu).

Rys. 1 przedstawia schematycznie ogniwo elektrochemiczne 1 – katoda kontaktuje się z roztworem 3, elektrochemiczną reakcję redukcji kationów elektrolitów wystąpić na powierzchni, wykonane z chemicznie obojętnego silnie domieszkowane n-półprzewodnik. Część katody łączącej go do zewnętrznego źródła napięcia metalizowany; 2 – anoda kontaktuje się z roztworem 4, na jego powierzchni występują elektrochemicznej reakcji utleniania anionów elektrolitem, wykonana z chemicznie obojętnego silnie domieszkowane p-półprzewodnik. Część anody łączącej go do zewnętrznego źródła napięcia metalizowany; 3 – powierzchnia katody roztworu polielektrolitowego, dysocjacji w wodzie macroion r- naładowany ujemnie i dodatnio naładowane przeciwjony małe K + (w tym przykładzie jest jon wodoru H +); 4 – anodę rozwiązaniem komora polielektrolit w wodzie dysocjować na dodatnio naładowanej macroion R + i ujemnie naładowane przeciwjony małe A- (w tym przykładzie jest wodorotlenek jony OH); 5 – membrana (membrany) jest nieprzepuszczalna dla makrocząsteczek (macroion) polielektrolitów, ale zupełnie przepuszczalne dla małych przeciwjonów, K +, A i cząsteczkami wody wspólną przestrzeń 3 i 4; Evnesh – źródło napięcia zewnętrznego.

EMF przez efekt Donnana

Dla jasności, elektrolit przestrzeni katodowej (. 3, fig 1) wybiera się wodny roztwór polikwasowy (R-H +), elektrolit i przedział anodowy (4, fig 1) – wodny poliosnovaniya (R + OH). Wskutek polikwasów dysocjacji w komorze katodowej, w pobliżu powierzchni katody (1, fig. 1), że zwiększone stężenie jonów H +. Ładunek dodatni pojawia się w sąsiedztwie powierzchni katody nie jest kompensowany ujemnie naładowaną macroions R-, ponieważ nie mogą zbliżyć się do powierzchni katody, z uwagi na swoją wielkość i w obecności jonowego naładowanej dodatnio atmosferze (szczegóły. Opis Donnan efekt w załączniku №1 trzeciej części artykułu). Tak więc, warstwa graniczna roztworu bezpośrednio w kontakcie z powierzchnią katody, ma ładunek dodatni. W rezultacie, indukcja elektrostatyczny na powierzchni katody, przylega do roztworu, nie ma ujemny ładunek z elektronów przewodzenia. Ie na styku powierzchni katody i roztwór DES występuje. Dziedzina DES popycha elektronów z katodą – do roztworu.

Podobnie, na anodzie (2, fig. 1), na warstwie granicznej z roztworu w komorze anodowej (4, fig. 1), bezpośrednio w kontakcie z powierzchnią anody ma ładunek ujemny, jak i na powierzchni anody, przylega do roztworu, nie ma ładunek dodatni. Ie na styku powierzchni anody, a roztworem następuje również DES. Dziedzina DES popycha elektrony z roztworu – anodą.

Tak więc, dyfuzji cieplnej roztwór jonów pole DES na granicach katody i anody z roztworem, wspierane są dwa wewnętrzne źródło SEM, działających wspólnie z zewnętrznego źródła, to znaczy odpychanie ujemnych ładunków w pętli w lewo.

polikwasy dysocjacji poliosnovaniya a także powoduje przenikanie ciepła przez membranę (5, Figura 1) jonów H + pochodzących z przestrzeni katodowej. – do anody, a jony OH- z komory anodowej – katoda. polielektrolity Macroion R + i R- nie może przejść przez membranę, a więc z przestrzeni katodowej jest nadmiar ładunku ujemnego, a następnie z przestrzeni anodowej – nadmiaru ładunku dodatnim, to znaczy DPP jest inna ze względu na efekt Donnana. W ten sposób, membrana występuje również wewnątrz siły elektromotorycznej, działających wspólnie z zewnętrznego źródła dyfuzji ciepła i utrzymuje się roztwór jonów.

W naszym przykładzie, napięcie na błonie może osiągnąć 0,83 V, jak Odpowiada to zmianie potencjału standardowej elektrody wodorowej od – 0,83 do 0 V przy przejściu z czynnika alkalicznego w komorze anodowej przedział katodowy środowisku kwaśnym. Szczegółowe informacje można znaleźć. W załączniku №1 trzeciej części artykułu.

EMF PKK od wewnątrz

Element EMF Okazuje się, również w kontakt z anodą i katodą półprzewodnikowego ich części metalowych, które służą do podłączenia zewnętrznego źródła napięcia. Ten EMF z powodu wewnętrznego PKK. Wewnętrznym, jeżeli nie tworzy, w przeciwieństwie do zewnętrznego pola w przestrzeni otaczającej przewody kontaktowych, tj Nie ma wpływu na ruch naładowanych cząstek zewnętrznych przewodów. Konstrukcja n-półprzewodnik / metal / P-półprzewodnik jest wystarczająco znane i stosowane, na przykład, termoelektryczny moduł Peltiera. Wielkość EMF taka konstrukcja, w temperaturze pokojowej, może osiągnąć wartości rzędu 0,4 – 0,6 wolt [5, str. 459; 2, str. 552]. Pola styków są skierowane w taki sposób, aby popchnąć elektronów w lewo w pętli, to znaczy współdziałają ze źródła zewnętrznego. Elektrony podniesienia poziomu energii czynnika pochłaniającego ciepło Peltier'a.

Wewnętrznym, jeśli powstałe w wyniku dyfuzji elektronów w obszarze styku z elektrodami i roztworu, a wręcz przeciwnie, popycha elektrony w kierunku ruchu wskazówek zegara w pętli. Ie ruch elektronów w elemencie lewo w tych kontaktów powinny być przydzielane Peltiera ciepło. ale ponieważ przeniesienie elektronów z katody do roztworu i roztworu w anody muszą towarzyszyć endotermicznej reakcji wytwarzającego wodór i tlen, ciepło Peltier'a nie uwalnia się do środowiska, a to w celu ograniczenia wpływu endotermicznego, tj takie jak „konserwatywne” w entalpii tworzenia się wodoru i tlenu. Szczegółowe informacje można znaleźć. W załączniku №2 trzeciej części artykułu.

nośniki (jony i elektrony) przemieszczają się w układzie element nie zamknięte drogi, bez opłat w elemencie nie porusza się w obiegu zamkniętym. Każda anoda elektronów za pomocą roztworu (w trakcie utleniania jonów OH- do cząsteczek tlenu) i przepuszczono przez zewnętrzny obwód, do katody, ulatnia się razem z cząsteczkami wodoru (w procesie odzyskiwania jonów H +). Podobnie, jony OH- i H + nie porusza się w obiegu zamkniętym, lecz tylko do odpowiedniej elektrody, a następnie odparowuje się w postaci cząsteczkowego wodoru i tlenu. Ie a jony i elektrony każdy ruchomy w jego otoczeniu w obszarze przyspieszenia DES i koniec drogi, gdy dotrą one do powierzchni elektrody są połączone w cząsteczce, przeprowadza się całą gromadzoną energię – energia wiązania chemicznego i z pętli!

Każdy z wewnętrznych źródeł EMF Element, zmniejszyć koszty zewnętrzne źródło do elektrolizy wody. W ten sposób, ciepło otoczenia elementów pochłaniających podczas jej działania, aby utrzymać dyfuzję DES jest zmniejszenie kosztu zewnętrznego źródła, to znaczy To zwiększa wydajność elektrolizy.

Elektroliza wody bez zewnętrznego źródła.

Rozpatrując procesy zachodzące w element pokazany na fig. 1, zewnętrzny parametry źródłowe nie są brane pod uwagę. Załóżmy, że opór wewnętrzny jest równy RD i napięcie 0. To Evnesh Elektrody elementów są zwarte do biernej obciążenia (patrz fig. 5). W tym przypadku, kierunek i wielkość pola DES powstających na styku w elementy pozostają takie same.

Rys. 5. Zamiast Evnesh (fig. 1), w tym obciążenia biernego RL.

Określić warunki samoistnego przepływu prądu w tym elemencie. Zmianę potencjału Gibbsa, zgodnie ze wzorem (1) załącznika №1 trzeciej części artykułu:

Δ G ARR = (Δ H ARR – n) + Q mod

Jeżeli P> Δ H + P mod mod = 284,5 – 47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (EV / cząsteczkę)

ARR Δ G <0 i spontaniczna proces jest możliwy.

weźmiemy pod uwagę ponadto, że zachodzi reakcja elementy produkcji wodoru w kwaśnym środowisku (potencjał elektrody z 0 V), i tlenu w (potencjał elektrody 0,4 V) zasadowe. Takie potencjały elektrod membranę (5, fig. 5), napięcie, w którym powinno być 0,83 wolt. Ie energia niezbędna do wytworzenia wodoru i tlenu jest zmniejszona o 0,83 / cząsteczkę (EV). Wówczas warunek możliwości spontanicznego procesu będzie:

P> 1,23 – 0,83 = 0,4 (eV / cząsteczkę) = 77,2 (kJ / mol) (2)

Okazuje się, że bariery energii cząsteczkami wodoru i tlenu i można uniknąć bez użycia zewnętrznego źródła napięcia. Ie nawet przy n = 0,4 (eV / cząsteczka), to jest gdy elektroda wewnętrzna HPDC 0,4 V, element będzie znajdować się w stanie równowagi dynamicznej, a każdy (nawet małe) zmiana warunków równowagi powoduje, że prąd w obwodzie.

Inną przeszkodą w reakcji na elektrodach energia aktywacji, ale zostaje wyeliminowana przez efektu tunelowego, wynikające ze względu na niewielki rozmiar szczeliny między elektrodami i roztworu [7, s. 147-149].

Tak więc, na podstawie rozważań energii, możemy stwierdzić, że prąd spontaniczną w elemencie pokazanym na fig. 5, jest to możliwe. Ale to, co fizyczne przyczyny mogą powodować ten prąd? Z tych powodów zostały wymienione poniżej:

1. prawdopodobieństwo przejścia elektronów z katody do roztworu wyższe od prawdopodobieństwa przejścia z anody w roztworze, ponieważ N-półprzewodnik katoda ma wiele wolnych elektronów o wysokim poziomie energii, a anody P półprzewodnikowym – tylko „dziury” i, „otwory” są na poziomie poniżej energii elektronów katoda;

2. Membrana jest podparta w przestrzeni katodowej w środowisku kwaśnym, a anoda – alkalicznych. W przypadku obojętnych elektrody, co prowadzi do tego, że potencjalny katoda jest większa od anody. W związku z tym, należy przenieść elektrony w obwodzie zewnętrznym z anody do katody;

3. ładunku powierzchniowego roztworów polielektrolitów, wynikającego z efektu Donnana tworzy w obszarze elektrody / roztwór, tak że pole na katodzie sprzyja wydajności elektronów z katody do roztworu, a pole na anodzie – wejście elektronów do anody z roztworu;

4. równowagi do przodu i do tyłu w reakcji na elektrodach (prądy Exchange) dociśnięty do jonów H + bezpośrednie reakcje redukcji na katodzie i utlenianie jonów OH- na anodzie, ponieważ że towarzyszy wydzielanie gazu (H2 i O2) zdolne do łatwego opuszcza strefę reakcyjną (LE Chateliera).

Eksperymentów.

Dla oceny ilościowej napięcia na obciążeniu efektem Donnana, przeprowadzono doświadczenie, w którym element katodowy składa się z węgla aktywowanego z zewnętrzną elektrodę grafitową i anody – z mieszaniny węgla aktywnego i anionitem AB-17-8 z elektrodą grafitową zewnętrznej. Elektrolitem – wodny roztwór NaOH, anoda i katoda są oddzielone przestrzenie syntetycznego filcu. Na otwartych elektrodami zewnętrznymi ten element miał napięcie około 50 mV. W przypadku połączenia z elementem zewnętrznym obciążeniem 10 omów stałej prądu około 500 mikroamperów. Kiedy temperatura wzrasta otoczenia od 20 do 30 0 ° C napięcie do elektrody zewnętrznej wzrosła do 54 mV. Zwiększenie napięcia w temperaturze otoczenia, potwierdza, że źródło siły elektromotorycznej jest dyfuzji, to znaczy ruch termiczny cząsteczek.

Dla oceny ilościowej napięcia na obciążeniu od wewnętrznej eksperymentu metal / półprzewodnikowego HPDC przeprowadzono w którym katoda ogniwa składa się z syntetycznej proszku grafitowego z zewnętrzną elektrodę grafitową i anodą – proszek węglika boru (B4C, p-półprzewodnikowe) z elektrodą grafitową zewnętrznej. Elektrolitem – wodny roztwór NaOH, anoda i katoda są oddzielone przestrzenie syntetycznego filcu. Na otwartych elektrod zewnętrznych napięcia elementu wynosiła około 150 mV. Przy podłączeniu obciążenia zewnętrznego napięcia elementu 50 kOhm spadła do 35 mV., Takie silny spadek napięcia na skutek niskiej węglika boru wewnętrznej i, w rezultacie wysokiego wewnętrznego elementu oporowego. Dochodzenie napięcia w funkcji temperatury dla elementu takiej konstrukcji nie jest przeprowadzane. Wynika to z faktu, że w przypadku półprzewodników, w zależności od ich składu chemicznego, stopnia domieszkowania i inne właściwości, zmiana temperatury na różne sposoby, może mieć wpływ na jego poziom Fermiego. Ie Wpływ temperatury na SEM Element (zwiększenia lub zmniejszenia), w tym przypadku, w zależności od zastosowanego materiału, więc nie jest to doświadczenie wskazuje.

W tym momencie jest nadal kolejny eksperyment, w którym katoda ogniwa jest wykonana z mieszaniny proszku węgla aktywnego i ku-2-8 z elektrody zewnętrznej ze stali nierdzewnej i anody z mieszaniny aktywowanego sproszkowanego węgla i żywicy anionowej AB-17-8 do elektrody zewnętrznej z stal nierdzewna. Elektrolit – wodny roztwór NaCl, anoda i katoda są oddzielone od przestrzeni syntetycznego odczuwalne. Elektrody zewnętrzne tego pierwiastka z października 2011 roku są w stanie zwarcia pasywny amperomierza. Prąd, który pokazuje amperomierz o dzień po kolei, pomniejszona o 1 mA – do 100 MKA (co jest podobno ze względu na polaryzację elektrod) i od tego czasu ponad roku nie zmieni się.

W praktycznych doświadczeniach opisanych powyżej w połączeniu z bardziej skuteczne materiały niedostępność uzyskanych wyników znacznie niższe niż teoretycznie możliwe. Ponadto, należy pamiętać, że część całkowitej EMF wewnętrznym Element zawsze zużywane utrzymując reakcję elektrody (wytwarzanie wodoru i tlenu), i nie może być mierzony w obwodzie zewnętrznym.

Wnioski.

Podsumowując, możemy stwierdzić, że natura pozwala nam przekształcić energię cieplną w energię użyteczną lub pracy, podczas używania jako „grzejnik” środowisko i nie posiadające „lodówkę”. Zatem efekt Donnana i wewnętrzne po konwersji energii cieplnej naładowanych cząstek w energią pola DEL jako endotermicznego ciepła reakcji przekształca się w energię chemiczną.

Uważane styk pochłania ciepło z nośnika i wody, oraz przydziela energii elektrycznej, wodoru i tlenu! Ponadto, proces zużycia energii oraz zastosowanie wodoru jako paliwa, a woda powraca do nośnika ciepła!

Część 3 załącznika.

Ta część jest dalej omówione Donnan efekt równowagi, w połączeniu z wewnętrzną HPDC metal / półprzewodnik i Peltiera ciepła reakcji redoks i potencjałów elektrodowych w elemencie.

Potencjał Donnan (załącznik №1)

Rozważmy mechanizm występowania potencjału Donnana dla polielektrolitu. Po przeciwjony dysocjacji polielektrolitowe rozpocząć jej małe, na drodze dyfuzji, pozostawiając objętość zajmowaną przez makrocząsteczki. Kierunkowe dyfuzji przeciwjonów małych makrocząsteczek polielektrolitów objętości w rozpuszczalniku, ze względu na zwiększone stężenie w większości makrocząsteczki, w porównaniu z resztą roztworu. Co więcej, jeśli na przykład mały przeciwjony są naładowane ujemnie, to powoduje, że wewnętrzna część makrocząsteczki są naładowane dodatnio, a roztwór przylega bezpośrednio do wielkości makrocząsteczki – ujemny. Ie około dodatnio naładowanej objętości macroion, jest rodzaju „atmosfery” jonów z małych przeciwjonami – ujemnie. Zakończenie wzrostu ładunek jonowy atmosferycznym, gdy pole elektrostatyczne pomiędzy objętością jonów macroion atmosfery i równoważy dyfuzji cieplnej małych przeciwjonów. Otrzymany równowagi różnica potencjałów pomiędzy atmosferą i jonowych macroions potencjał Donnan. Potencjał Donnan jest również określana jako potencjału błonowego, ponieważ Podobna sytuacja występuje w półprzepuszczalną membranę, na przykład, gdy oddziela się roztwór elektrolitu, który ma dwa rodzaje jonów – zdolną i nie mogą przechodzić przez nią czystego rozpuszczalnika.

Potencjał Donnan może być traktowany jako graniczny przypadek potencjału dyfuzyjnego, kiedy mobilność jednego z jonów (w tym przypadku macroion) wynosi zero. Następnie, zgodnie z [1, s. 535] przejęcie licznika równym jeden:

PL d = (RT / F) ln ( A1 / A2) gdzie

Ed – potencjał Donnan;

R – uniwersalna stała gazowa;

T – temperatura termodynamiczna;

F – stała Faraday'a;

A1, A2 – przeciwnie do działania w fazie styku.

W tego elementu, przy czym membrana oddziela rozwiązania poliosnovaniya (pH = Lg a 1 = 14) i polikwasu (pH = Lg 2 = 0), potencjał Donnan przez błonę w temperaturze pokojowej (T = 300 K 0) to:

PL d = (RT / K) (Lg 1 – Lg 2) ln (10) = (8,3 * 300/96500) * (14 – 0) * Ln (10) = 0,83 V

Donnan potencjalne zwiększa się wprost proporcjonalnie do temperatury. Dla dyfuzji komórek elektrochemiczny Peltiera ciepła jest jedynym źródłem do produkcji użytecznej pracy, nie jest zaskakujące, że takie elementy emf zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. W komórce dyfuzyjnej do produkcji pracy, Peltier jest zawsze ciepło pobierane z otoczenia. Gdy prąd przepływa przez EDL tworzy efekt Donnan, w kierunku zgodnym z dodatnim kierunku pola DES (to jest, gdy pole DES wykonuje dodatnią pracę), ciepło jest absorbowane z otoczenia do wytwarzania tego papieru.

Jednak element rozpraszający jest stały i jednokierunkowy zmiana stężenia jonów, co ostatecznie prowadzi do wyrównania stężeń i zatrzymywanie skierowanej dyfuzji, w przeciwieństwie do równowagi Donnan, znamienny tym, że w przypadku nieszczelności ąuasistatyczną oznaczoną za pomocą stężenia jonów prądów, gdy po osiągnięciu pewnej wartości, pozostaje niezmieniony ,

Rys. 2 przedstawia wykres potencjału redoks reakcji z wodorem i tlenem przy zmianie kwasowości roztworu. Wykres pokazuje, że potencjał elektrody reakcji powstawania tlenu w nieobecności jonów OH- (1,23 wolt w środowisku kwaśnym) różni się od tego samego potencjału w wysokim stężeniu (0,4 V w środowisku zasadowym) na 0,83 wolt. Podobnie, potencjał elektrody reakcji wodór tworząc w nieobecności H + (-0.83 woltów w środowisku zasadowym) różni się od tego samego potencjału przy wysokim stężeniu (0 V w środowisku kwaśnym), także na 0,83 wolt [4. 66-67]. Ie 0,83 V wynika, że jest konieczne, w celu uzyskania wysokiego stężenia wody w odpowiednich jonów. Oznacza to, że wymagane jest 0,83 V do masy obojętnego dysocjację cząsteczek wody i jonów H + OH-. W ten sposób, gdy membrana jest obsługiwana w naszym element przestrzeni katodowej kwaśnym i zasadowym anodowej napięcie osiągnie swoje DEL 0,83 V, co jest w dobrej zgodności z obliczeniami teoretycznymi przedstawionych wcześniej. To napięcie zapewnia wysoką przewodność przestrzeń membranową DES drodze dysocjacji wody w jony w nim.

Rys. Potencjał redoks reakcji 2. Schemat

rozkładu wody i jony H + oraz OH na wodór i tlen.

IF i ciepła Peltiera (Załącznik №2)

„Przyczyną tego efektu Peltiera jest średnia energia nośników ładunku (dla elektronów definiteness) zaangażowanych w przewodnictwie elektrycznym w różnych przewodów różnych … W czasie przejścia z jednego przewodu do drugiego elektronu lub przekazywania nadmiaru sieci energetycznej lub uzupełnienia braku energii na jego koszt (w zależności od kierunku prądu).

Rys. 3. efektu Peltiera na styku metalu i N- półprzewodnikowe: ԐF – poziom Fermiego; ԐC – dolna pasma przewodnictwa półprzewodnika; ԐV – zespół walencyjne; I – pozytywny kierunek prądu; kręgi ze strzałkami pokazano schematycznie elektrony.

W pierwszym przypadku, w pobliżu styku jest zwolniony, a drugi – tzw wchłania .. Peltier ciepła. Na przykład, w półprzewodniku kontakt – metalowy (figura 3) od energii elektronów, które przechodzą z półprzewodnika typu n do metalu (lewy przycisk), jest znacznie większe niż ԐF energię Fermiego. W związku z tym, że łamie się równowagę termiczną w metalu. Równowaga zostaje przywrócona w wyniku kolizji, w których thermalized elektronów, dzięki czemu nadmiar krystalicznego energii. siatki. Metalowa półprzewodnikowy (prawy dotykowy) mogą przechodzić tylko najbardziej energetyczne elektronów, tak że gaz elektronów w metalu chłodzi. Na przywrócenia równowagi rozkładu drgań energii zużywanej kraty „[2, s. 552].

Kontaktować się sytuacja metal / p-półprzewodnik jest podobny. ponieważ P przewodności otwory półprzewodnikowe zapewniają jego zespół wartościowość, która znajduje się poniżej poziomu Fermiego, wtedy styk ma być chłodzona, w którym elektrony płyną z p-półprzewodnikowego metalu. Peltiera ciepło uwalniane lub wchłonięcia przez zetknięcie dwóch przewodów, w związku z produkcją ujemne lub dodatnie wewnętrznej IF.

Zawarte w lewej szczelinie styku (fig. 3), w której przydział Peltiera ciepła, ogniwo elektrolityczne, na przykład, wodny roztwór NaOH (Figura 4) i metalowe półprzewodników i n-let być chemicznie obojętny.

Rys. 4. Lewy kontakt n-półprzewodnik, a metalem jest otwarta i umieszczony w szczelinie w roztworze elektrolitu. Oznaczenia są takie same jak na fig. 3.

Ponieważ, gdy prąd przepływa «I», półprzewodnik elektronów n w wyższej energii niż rozwiązania dotrzeć się z roztworu w metalu, ten nadmiar energii (ciepła Peltiera) musi stać w komórce.

Prąd przepływający przez komórkę mogą być tylko przypadku nieszczelności w nim reakcje elektrochemiczne. Jeśli egzotermicznej reakcji w komórce, ciepło Peltiera jest uwalniany z komórek jako więcej ona nie ma dokąd pójść. Jeśli reakcję prowadzi się w komórce – endotermicznego ciepła Peltiera jest całkowicie lub częściowo skompensować efekt endotermiczny, tzn w celu wytworzenia produktu reakcji. W tym przykładzie, całkowita reakcja komórkowa: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ – endotermiczna, tak więc ciepło (energię) Peltiera jest tworzenie cząsteczek i H2, O2, są wykonane w elektrodach. W ten sposób uzyskujemy to, że ciepło Peltier'a wybrany w pożywce w odpowiednich N-styku półprzewodnikowych / metal nie jest uwalniana do otoczenia, i jest przechowywany w postaci energii chemicznej cząsteczek wodoru i tlenu. Oczywiste jest, że działanie zewnętrznego źródła napięcia spożywane do elektrolizy wody, w tym przypadku będzie mniejsza niż w przypadku samych elektrod, nie powodujące wystąpienie efektu Peltiera ..

Niezależnie od właściwości elektrody, sam elektrolizer może pochłaniać lub wytwarzania ciepła podczas przepływu przez obecnego do niej Peltiera. Warunki quasi-statycznych, zmiana potencjału komórek Gibbs [4, s. 60]

Δ Δ G = H – T Δ S, gdzie

Δ H – entalpia zmiany komórki;

T – temperatura termodynamiczna;

Δ S – zmiana entropii komórki;

Q = – T Δ S – ciepło ogniwa Peltiera.

Dla wodoru i tlenu ogniwa elektrochemicznego w temperaturze T = 298 (K), zmiana entalpii ΔHpr = – 284,5 (kJ / mol) [8, s. 120], zmiana Gibbs potencjał [4. a. 60]

ΔGpr = – zFE = 2 * 96485 * 1,23 = – 237,3 (kJ / mol), przy czym

z – liczba elektronów w cząsteczce;

F – stała Faraday'a;

E – EMF komórka.

dlatego

P ave = – T Δ lnie = Δ G itd. – Δ H etc. = – 237,3 + 47,2 = 284,5 (kJ / mol)> 0

czyli wodoru i tlenu, ogniwo elektrochemiczne wytwarzanie ciepła w środowisku Peltiera, przy jednoczesnym zwiększeniu jego entropii i obniżenie jej. Następnie, w procesie odwrotnej, elektroliza wody, która jest w przypadku przykładzie Peltiera ciepła Q mod = – Q ave = – 47,3 (kJ / mol) elektrolitu będzie absorbowany z otoczenia.

P – Peltiera oznacza ciepło pobrane z otoczenia, w kierunku prawo-n styku półprzewodnikowych / metal. Ciepło P> 0 musi stanąć w komórce, ale dlatego, rozkładu wody w komórce endotermicznej reakcji (Δ H> 0), przy czym P jest Peltiera ciepło w celu skompensowania efektu cieplnego reakcji:

Δ G ARR = (Δ H ARR – n) + Q mod (1)

Mod P zależy tylko od składu elektrolitu, ponieważ Jest to charakterystyczne dla elektrolizera z obojętnymi elektrod, a n jest zależna tylko od materiałów elektrod.

Równanie (1) wskazuje, że ciepło Peltier'a P i Peltiera ciepło mod Q, dotyczą wytwarzania użytecznej pracy. Ie Peltiera ciepło odbierane medium zmniejsza koszt zewnętrznego źródła energii wymaganej do elektrolizy. Sytuacja, w której nośnik ciepła jest źródłem energii dla wytwarzania użytecznej pracy, jest charakterystyczne dla dyfuzji, a także dla wielu ogniw elektrochemicznych, Przykłady takich elementów są przedstawione w pozycji [3, str. 248 – 249].

Referencje

Gerasimov Ya. I. kurs chemii fizycznej. Poradnik: Na uniwersytetach. V 2 t. T.II. – 2nd ed .. – m.: Chemistry, Moskwa, 1973 – 624 s.
Dashevskiy 3. M. efekt Peltiera. // encyklopedia fizyczny. W 5 m. T. III. Magneto – Poyntinga twierdzenie. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. liczyć. DM Aleksiejew, A. M. Baldin AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov i inni – M:.. Wielka Encyklopedia Rosyjska, 1992. – 672 s. – ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
Krasnov KS Chemia fizyczna. W 2 książek. Cz. 1. Struktura znaczenia. Termodynamika: Proc. dla szkół; KS Krasnow, N.K. Vorobev, I. i wsp Godnev -. 3rd ed .. – M:. Wyższe. wk 2001. -. 512. – ISBN 5-06-004025-9.
Krasnov KS Chemia fizyczna. W 2 książek. Cz. 2. elektrochemii. kinetyki chemicznej i katalizy: Proc. dla szkół; KS Krasnow NK Vorobyov I. N. Godnev wsp. -3 wyd., Rev. – M:. Wyższe. wk 2001. -. 319. – ISBN 5-06-004026-7.
Sivukhin DV Ogólny kurs fizyki. Poradnik: Na uniwersytetach. W 5 m. T.III. Energii elektrycznej. – 4th ed stereotypy .. – MS: FIZMATLIT;. Wydawnictwo MIPT, 2004. – 656 s. – ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
Tager A. A. fizyczna chemia polimerów. – m.: Chemistry, Moskwa, 1968 – 536 s.
Kinetyka Vetter K. elektrochemiczne, przetłumaczony z języka niemieckiego z poprawkami autora do wydania rosyjskiego, wydanym przez Corr. ZSRR Akademia Nauk prof. Kolotyrkin YM – m.: Chemistry, Moskwa, 1967 – 856 s.
P. Atkins chemii fizycznej. W 2 v. T.I., przetłumaczony z języka angielskiego doktora nauk chemicznych Butin KP – M:. Mir, Moskwa, 1980. – 580 s.